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TEA CO_2激光器放电特性及电源系统研究

作　者: 李小芬
导　师: 程祖海；左都罗
学　校: 华中科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: TEA CO2激光器电源系统放电特性数值模拟 Marx发生器硅堆
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 216次
引　用: 4次
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内容摘要

激光推进、光电对抗及强场物理研究等新兴应用对脉冲TEA(Transversely Excited Atmospheric)CO2激光器的单脉冲能量、峰值功率、重复率等性能指标提出了更高要求。脉冲放电特性及电源系统对激光器的这些性能有非常重要的影响。论文首先实验研究了工作气体成分和气压、工作频率、运行时间以及谐振腔参数等非电路因素对TEA CO2激光器脉冲放电特性和电光转换效率的影响。通过研究,找到了一种最佳的无氦工作气体配比CO2:N2:H2=1:5:0.67,该工作气体显著提高了激光器的单脉冲能量,降低了激光器的运行成本。随后,论文对电源系统的放电电路、充电电源、触发控制器等部分及其对TEA CO2激光器放电特性的影响进行了系统的理论和实验研究。通过综合考虑气体放电中所发生的电离、吸附、复合等过程,建立了电感充放电电路的理论模型。利用该模型较精确地模拟了从放电电路触发到最终残余振荡的全过程,揭示了电路参数影响放电的规律。针对电感充放电电路在主放电后的残余振荡是弧光放电重要来源的判断,实验研究了增大充电电感、采用高压硅堆代替充电电感和采用Marx发生器电路等三项措施。其中,采用Marx高压脉冲发生器电路,可利用同样的充电电源获得更高的脉冲高压,在不改变预电离方式的条件下可以使激光器在更高的气压和放电电压下工作。为解决现有高压直流电压源电阻镇流充电方式效率低、重复率低的缺陷,实验研究了谐振充电电源电路。采用该电路,充电效率和重复率得到大幅度提高。为改善TEA CO2激光器的控制界面,研制了一种基于单片机的触发控制器,实现了触发脉冲生成、外触发输入、同步触发输出等功能,达到了电磁兼容的要求。最后,利用光子牵引探头测量了激光脉冲的时间波形,分析了工作气体和放电参数等因素对激光脉冲时间波形的影响规律。利用本论文的研究成果:无氦工作气体和Marx高压脉冲发生器放电电路对实验室TEA-50激光器进行改造,最大单脉冲能量达到了115J的水平。

TEA CO_2激光器放电特性及电源系统研究

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